電腦硬件基礎(chǔ)篇硬盤（硬盤工作原理及作用_特性參數(shù)及型號和位置）

硬盤是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。

硬盤有固態(tài)硬盤（SSD盤，新式硬盤）、機(jī)械硬盤（HDD傳統(tǒng)硬盤）、混合硬盤（HHD一塊基于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤誕生出來的新硬盤）。SSD采用閃存顆粒來存儲，HDD采用磁性碟片來存儲，混合硬盤（HHD：HybridHardDisk）是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤。絕大多數(shù)硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅(qū)動器中。

磁頭復(fù)位節(jié)能技術(shù)：通過在閑時對磁頭的復(fù)位來節(jié)能。

多磁頭技術(shù)：通過在同一碟片上增加多個磁頭同時的讀或?qū)憗頌橛脖P提速，或同時在多碟片同時利用磁頭來讀或?qū)憗頌榇疟P提速，多用于服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫中心。

硬盤工作原理

硬盤是采用磁介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的。在硬盤的盤片表面都涂有磁性介質(zhì)，這些磁性介質(zhì)被劃分成磁道，在每個磁道上就好像有無數(shù)的任意排列的小磁鐵，它們分別代表著0和1的狀態(tài)。當(dāng)這些小磁鐵受到來自磁頭的磁力影響時，其排列的方向會隨之改變。利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵的方向，使每個小磁鐵都可以用來存儲數(shù)據(jù)。

硬盤驅(qū)動器加電正常工作后，利用電路板中的單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時磁頭置于盤片的啟停著陸區(qū)，該區(qū)域不存放任何數(shù)據(jù)，磁頭在此區(qū)域啟停不存在損傷數(shù)據(jù)的問題。初始化完成后主軸電機(jī)將啟動并高速旋轉(zhuǎn)，而裝載磁頭的小車機(jī)構(gòu)將會移動，將磁頭置于盤片表面的0磁道上方，處于等待指令的啟動狀態(tài)。當(dāng)硬盤的接口電路接收到計算機(jī)系統(tǒng)傳來的指令信號后，將通過前置放大控制電路，驅(qū)動硬盤磁頭的音圈電機(jī)發(fā)出磁信號，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對以磁性介質(zhì)形式表示的盤片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確定位，并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給計算機(jī)系統(tǒng)完成指令操作。而硬盤斷電后，在反力矩彈簧的作用下浮動的磁頭會返回并駐留在啟停著陸區(qū)。這便是硬盤的整個工作過程。

概括地說，硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換為不同的電脈沖信號，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X可以使用的數(shù)據(jù)，而寫的操作正好與此相反。

基本參數(shù)

容量

作為計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器，容量是硬盤最主要的參數(shù)。

硬盤的容量以兆字節(jié)（MB/MiB）、千兆字節(jié)（GB/GiB）或百萬兆字節(jié)（TB/TiB）為單位，而常見的換算式為：1TB=1024GB，1GB=1024MB而1MB=1024KB。但硬盤廠商通常使用的是GB，也就是1G=1000MB，而Windows系統(tǒng)，就依舊以“GB”字樣來表示“GiB”單位（1024換算的），因此我們在BIOS中或在格式化硬盤時看到的容量會比廠家的標(biāo)稱值要小。

硬盤的容量指標(biāo)還包括硬盤的單碟容量。所謂單碟容量是指硬盤單片盤片的容量，單碟容量越大，單位成本越低，平均訪問時間也越短。

一般情況下硬盤容量越大，單位字節(jié)的價格就越便宜，但是超出主流容量的硬盤略微例外。

在我們買硬盤的時候說是500G的，但實際容量都比500G要小的。因為廠家是按1MB=1000KB來換算的，所以我們買新硬盤，比買時候?qū)嶋H用量要小點的。

轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速（Rotational Speed 或Spindle speed），是硬盤內(nèi)電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內(nèi)所能完成的最大轉(zhuǎn)數(shù)。轉(zhuǎn)速的快慢是標(biāo)示硬盤檔次的重要參數(shù)之一，它是決定硬盤內(nèi)部傳輸率的關(guān)鍵因素之一，在很大程度上直接影響到硬盤的速度。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快，相對的硬盤的傳輸速度也就得到了提高。硬盤轉(zhuǎn)速以每分鐘多少轉(zhuǎn)來表示，單位表示為RPM，RPM是Revolutions Per minute的縮寫，是轉(zhuǎn)/每分鐘。RPM值越大，內(nèi)部傳輸率就越快，訪問時間就越短，硬盤的整體性能也就越好。

硬盤的主軸馬達(dá)帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生浮力使磁頭飄浮在盤片上方。要將所要存取資料的扇區(qū)帶到磁頭下方，轉(zhuǎn)速越快，則等待時間也就越短。因此轉(zhuǎn)速在很大程度上決定了硬盤的速度。

家用的普通硬盤的轉(zhuǎn)速一般有5400rpm、7200rpm幾種高轉(zhuǎn)速硬盤也是臺式機(jī)用戶的首選；而對于筆記本用戶則是4200rpm、5400rpm為主，雖然已經(jīng)有公司發(fā)布了10000rpm的筆記本硬盤，但在市場中還較為少見；服務(wù)器用戶對硬盤性能要求最高，服務(wù)器中使用的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速基本都采用10000rpm，甚至還有15000rpm的，性能要超出家用產(chǎn)品很多。較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間，但隨著硬盤轉(zhuǎn)速的不斷提高也帶來了溫度升高、電機(jī)主軸磨損加大、工作噪音增大等負(fù)面影響。

平均訪問時間

平均訪問時間（Average Access Time）是指磁頭從起始位置到到達(dá)目標(biāo)磁道位置，并且從目標(biāo)磁道上找到要讀寫的數(shù)據(jù)扇區(qū)所需的時間。

平均訪問時間體現(xiàn)了硬盤的讀寫速度，它包括了硬盤的尋道時間和等待時間，即：平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間。

硬盤的平均尋道時間（Average Seek Time）是指硬盤的磁頭移動到盤面指定磁道所需的時間。這個時間當(dāng)然越小越好，硬盤的平均尋道時間通常在8ms到12ms之間，而SCSI硬盤則應(yīng)小于或等于8ms。

硬盤的等待時間，又叫潛伏期（Latency），是指磁頭已處于要訪問的磁道，等待所要訪問的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下方的時間。平均等待時間為盤片旋轉(zhuǎn)一周所需的時間的一半，一般應(yīng)在4ms以下。

傳輸速率

傳輸速率（Data Transfer Rate）硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率是指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）。硬盤數(shù)據(jù)傳輸率又包括了內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率。

內(nèi)部傳輸率（Internal Transfer Rate） 也稱為持續(xù)傳輸率（Sustained Transfer Rate），它反映了硬盤緩沖區(qū)未用時的性能。內(nèi)部傳輸率主要依賴于硬盤的旋轉(zhuǎn)速度。

外部傳輸率（External Transfer Rate）也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（Burst Data Transfer Rate）或接口傳輸率，它標(biāo)稱的是系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關(guān)。

Fast ATA接口硬盤的最大外部傳輸率為16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盤則達(dá)到33.3MB/s。2012年12月，兩80后研制出傳輸速度每秒1.5GB的固態(tài)硬盤。

緩存

緩存（Cache memory）是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內(nèi)部存儲和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外界介面?zhèn)鬏斔俣炔煌?，緩存在其中起到一個緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤整體性能。當(dāng)硬盤存取零碎數(shù)據(jù)時需要不斷地在硬盤與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)，有大緩存，則可以將那些零碎數(shù)據(jù)暫存在緩存中，減小外系統(tǒng)的負(fù)荷，也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度。

　　硬盤類型（型號）

　　從使用的角度來說，硬盤分臺式機(jī)硬盤、筆記本硬盤、移動硬盤、機(jī)械硬盤、固態(tài)硬盤、服務(wù)器硬盤、磁盤陣列等，下面我們一一介紹。

　　臺式機(jī)硬盤與筆記本硬

　　簡單的說，臺式機(jī)硬盤是3.5英寸的硬盤，比較大、比較厚也比較重；筆記本硬盤是2.5英寸的，比較小、比較薄也比較輕?？聪旅娴膱D，您能直觀的看出兩種硬盤在尺寸上的差別：

　　圖1：臺式機(jī)硬盤與筆記本硬盤

　　關(guān)于臺式機(jī)硬盤與筆記本硬盤的區(qū)別，除了一個較大、較厚、較重；一個較小、較薄、較輕外。更重要的是，您要知道，就性能而言，臺式機(jī)硬盤要好于筆記本硬盤，筆記本硬盤的優(yōu)勢主要在于節(jié)省空間，便于攜帶；就價格而言，筆記本硬盤要比臺式機(jī)硬盤稍貴一些。

　　另外，其實并不是臺式機(jī)硬盤只能用在臺式機(jī)上，筆記本硬盤只能用在筆記本上。臺式機(jī)硬盤用在筆記本上是可以的，技術(shù)上沒問題，只是由于臺式機(jī)硬盤比較占空間，這樣筆記本的尺寸就很大了，不方便攜帶了；同樣，筆記本硬盤也是可以用在臺式機(jī)上的，只是筆記本硬盤用在臺式機(jī)上，性能不如臺式機(jī)硬盤，價格又稍貴，幾乎沒人這樣用罷了。

　　移動硬盤

　　移動硬盤，本質(zhì)就是在筆記本硬盤或臺式機(jī)硬盤上，加了一個殼子及USB轉(zhuǎn)換接口，就成了可以移動使用的硬盤，將移動硬盤插入電腦的USB口中，就可以即插即用，如下圖所示：

　　圖2：移動硬盤的使用

　　為了方便攜帶，一般移動硬盤都是用2.5寸的筆記本硬盤加殼做成的。如果處于特殊的原因，需要用3.5英寸的臺式機(jī)硬盤做移動硬盤，那么在使用移動硬盤時，除了要用USB線將移動硬盤與電腦相連外，還需要給移動硬盤外加一個電源，否則不能使用。

　　建議：購買移動硬盤，一定要買知名廠商的產(chǎn)品，不然，誰知道殼子里面的硬盤是什么質(zhì)量。另外可以自己分別購買筆記本硬盤和移動硬盤殼子，然后自己制作移動硬盤，既能省錢，又能保證質(zhì)量，一點也不麻煩！

　　機(jī)械硬盤與固態(tài)硬盤

　　一直以來，我們使用的傳統(tǒng)硬盤都是機(jī)械硬盤，硬盤里面有盤片、磁頭等設(shè)備，依靠磁記錄存儲數(shù)據(jù)。目前機(jī)械硬盤仍然是市場的主流，價格也比較便宜。固態(tài)硬盤，英文名稱是Solid State Drives，簡稱SSD。固態(tài)硬盤是依靠電子存儲芯片（閃存）來存儲數(shù)據(jù)的，完全不同于機(jī)械硬盤，目前固態(tài)硬盤還很貴，用的人還不是很多，但未來的發(fā)展趨勢，使用固態(tài)硬盤的人會越來越多，固態(tài)硬盤的市場份額會越來越大。

　　為什么說固態(tài)硬盤的市場會越來越大呢？這是因為，相比較于傳統(tǒng)硬盤，固態(tài)硬盤在技術(shù)上有巨大的優(yōu)勢。最突出的優(yōu)勢就是速度快。依據(jù)筆者的使用經(jīng)驗，啟動一個Windows7，電腦其他配置完全相同，機(jī)械硬盤需要2分鐘，固態(tài)硬盤只需要十幾秒，就是說，固態(tài)硬盤比機(jī)械硬盤快10倍！

　　固態(tài)硬盤的尺寸一般都是2.5英寸的，同筆記本硬盤相同，但在厚度與重量上，固態(tài)硬盤更輕、更薄，更方便攜帶。下圖是臺式機(jī)硬盤、筆記本硬盤與固態(tài)硬盤在尺寸大小上的比較：

　　圖3：固態(tài)硬盤比筆記本硬盤更薄、更輕

　　建議： 現(xiàn)在固態(tài)硬盤的價格還非常貴，特別是大容量的固態(tài)硬盤，動輒幾千塊，比電腦其他部分加一起還貴很多，筆者建議，您可以買一塊128G的固態(tài)硬盤，把操作系統(tǒng)和最常用的軟件裝到固態(tài)硬盤中，其他數(shù)據(jù)裝到機(jī)械硬盤中，固態(tài)硬盤會極大的提升讓您電腦的速度！

　　服務(wù)器硬盤與磁盤陣列

　　在本教程中，服務(wù)器硬盤與磁盤陣列是屬于高大尚一類的東西，因為它們真的很貴！不過不用擔(dān)心，只有在搭建服務(wù)器時，才會用到這兩個高大尚，普通用戶很少有機(jī)會用到。如果您對服務(wù)器硬盤與磁盤陣列有好奇心，請接著看教程，否則完全可以忽略這一部分的介紹。

　　首先我說說什么是服務(wù)器，無論您是訪問網(wǎng)站、打電話、刷銀行卡等等，實際上最后處理您的請求數(shù)據(jù)的設(shè)備，都是一類稱之為服務(wù)器的東西。服務(wù)器在本質(zhì)上同您個人使用的電腦、筆記本沒有區(qū)別，只是服務(wù)器速度更快、功能更強(qiáng)、可靠性更高。

　　同樣，服務(wù)器上使用的硬盤，在本質(zhì)上，同您在臺式機(jī)、筆記本上使用的硬盤也沒有區(qū)別，只是服務(wù)器硬盤性能更好，當(dāng)然也更貴。下圖是一塊實際的服務(wù)器硬盤：

　　圖4：服務(wù)器硬盤，最右邊的就是用于熱插拔的接口設(shè)備

　　外觀上，服務(wù)器硬盤同普通硬盤最明顯的區(qū)別就是，服務(wù)器硬盤多出來一個用于熱插拔的接口設(shè)備。另外，服務(wù)器的接口類型也不同于普通硬盤。

　　我們使用電腦或筆記本時，硬盤都是內(nèi)置在電腦或筆記本中的，但服務(wù)器硬盤不是這樣的，一般都是把服務(wù)器硬盤，放在一種專門設(shè)計的柜子中，然后用數(shù)據(jù)線將柜子與服務(wù)器相連。這種柜子，稱為磁盤陣列，如下圖：

　　圖5：能夠插拔5個服務(wù)器硬盤的磁盤陣列